CN104110028B - 一种干作业钻孔无水法灌注混凝土的灌注桩施工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种干作业钻孔无水法灌注混凝土的灌注桩施工方法，其采用旋挖钻干作业法实施钻孔和清孔，采用无水法灌注混凝土，所述的无水法灌注混凝土的操作步骤包括：灌注首批混凝土时，使导管下口至孔底的距离为25cm～40cm，且使导管埋入混凝土的深度不小于1m；灌注混凝土过程中，控制导管的埋深不小于3m；灌注混凝土接近桩顶时，提高漏斗高度，保证漏斗距离设计桩顶高程不小于4m。本发明完全省去泥浆系统，减少了泥浆原材料及水资源的消耗，明显的降低了工程施工费用。而且挖出渣土运输远远比运输、处理泥浆费用要低，所以节省排放处理泥浆的费用也很可观，泥浆系统的临时占地省去，特别是在市区场地狭小的情况下施工，效果明显。

Description

一种干作业钻孔无水法灌注混凝土的灌注桩施工方法

技术领域

本发明涉及一种钻孔灌注桩的施工方法，具体涉及一种干作业钻孔无水法灌注混凝土的灌注桩施工方法。

背景技术

目前的钻孔灌注桩作业有泥浆护壁钻孔作业和干孔作业两种方式，泥浆护壁钻孔作业即采用泥浆护壁的方法，由于能形成护壁层防止坍孔、能有效地排渣、能为孔内提供水压支撑、平衡土压力是目前普遍采用的方法。但是泥浆护壁的方法仍具有很多不足，如增加了施工工序，需要配备泥浆池、回收池、供、回浆管路等，场地占用面积大；泥浆用原材料主要是膨润土，而膨润土作为原材料较紧缺且售价高，提高了工程造价；灌注桩时泥浆排出，造成施工浪费并污染环境；当采用泥浆护壁冲击钻、正反循环钻机成孔时，无法对钻孔灌注桩成孔工序进行目测监控，只能凭经验判断质量情况及进展情况。专利CN201110179305.X即公开了一种泥浆护壁灌注桩的成桩方法，并采用特殊工艺对成桩的质量进行控制。

而目前的干孔作业则通常使用长螺旋钻机有很大的局限性（直径较小），人工挖孔桩，混凝土灌注桩需振捣器振实，除增加了人工成本之外，孔下作业危险性太大且极其困难。

发明内容

本发明的目的在于提供一种无需泥浆护壁，可大幅度节约工序、工期和成本，并且成桩质量可靠的干作业钻孔无水法灌注混凝土的灌注桩施工方法。

本发明的技术方案如下：

本发明的施工方法采用旋挖钻干作业法实施钻孔和清孔后采用无水法灌注混凝土，所述的无水法灌注混凝土的操作步骤包括：灌注首批混凝土时，使导管下口至孔底的距离为25cm～40cm，且使导管埋入混凝土的深度不小于1m；灌注混凝土过程中，控制导管的埋深不小于3m；灌注混凝土接近桩顶时，提高漏斗高度，保证漏斗距离设计桩顶高程不小于4m。

进一步的，本发明的施工方法包括下述步骤：

步骤一：地质勘验及桩位点的确认：常规方法完成钻孔施工前的勘查工作并确认桩位点；

步骤二：埋设护筒：采用旋挖钻机静压法完成埋设护筒，护筒的内径至少比旋挖钻机的钻头直径大100mm，护筒与坑壁之间填实，并且护筒的埋设深度为1m~2m，护筒的顶端应高出地面20cm~30cm；

步骤三：钻孔：常规旋挖钻方法干作业钻孔工作；

步骤四：清孔：采用旋挖钻的常规清孔方法进行清孔；

步骤五：安置钢筋笼：常规方法完成钢筋笼的吊装安置工作；步骤六：灌注混凝土成桩：

所述混凝土的坍落度为12cm～18cm，水灰比为0.40~0.45；

灌注首批混凝土时，使导管下口至孔底的距离为25cm～40cm，且使导管埋入混凝土的深度不小于1m；

开始灌注混凝土后，控制拆除导管的间隔时间不超过2.5小时；

灌注混凝土过程中，控制导管的埋深不小于3m；

灌注混凝土接近桩顶时，提高漏斗高度，保证漏斗距离设计桩顶高程不小于4m。

进一步的，本发明的施工方法所述干作业钻孔灌注桩施工地质条件满足挖桩深度范围内无地下水、流沙或软弱地层或只有少量地下水，可以在步骤六之前进行二次清孔时抽出。

进一步的，本发明的施工方法步骤六中所述混凝土中还包括萘系高效减水剂、引气剂和矿物掺合料，使配置好的混凝土具有良好的和易性。

进一步的，本发明的施工方法所述矿物掺合料选用矿粉或粉煤灰。

进一步的，本发明的施工方法步骤六中灌注首批混凝土，控制导管的埋深为1m。

进一步的，本发明的施工方法步骤六中灌注混凝土过程中，控制导管的埋深为3m~6m。

本发明所述的和易性是指是指新拌混凝土易于各工序施工操作（搅拌、运输、浇灌、捣实等）并能获得质量均匀、成型密实的性能。良好的和易性是指经过添加外加剂（萘系高效减水剂、引气剂和矿物掺合料）后使混凝土的和易性满足设计要求。

本发明所述的软弱地层是指在无外力施加情况下，自行坍塌的地层。

本发明的有益效果为：

（1）降低造价、减少工程临时占地：本发明的方法完全省去泥浆系统，减少了泥浆原材料及水资源的消耗，明显的降低了工程施工费用。而且挖出渣土运输远远比运输、处理泥浆费用要低，所以节省排放处理泥浆的费用也很可观，泥浆系统的临时占地省去，特别是在市区场地狭小的情况下施工，效果明显。

另外，由于操作直观预留凿除桩头就容易控制，避免水下灌注桩头预留过高的问题，节省了部分超灌混凝土和凿除等费用。

（2）保护环境，更利于文明施工：无泥浆施工现场环境整洁、有序，减少泥浆排放，也减少了对周围环境的影响，避免了污染河道、公路等公共环境。现场很容易做到文明施工，提高工程效率。

（3）提高施工质量：干作业成孔，便于取样判断各个孔位地层变化，很清楚的掌握工程基础地质情况的变化，特别是一些设计要求终孔在某一地质层时，终孔取样是泥浆护壁系统难以解决的难题，而干作业成孔能很容易的直观判断终孔地层，可以完全目测掌握成孔质量和进展情况，以便出现问题及时采取应对措施。

干孔灌注混凝土极其有效地解决了钢筋笼上浮问题，无沉砂不会在混凝土顶部形成硬盖，托顶钢筋笼上浮。

（4）节约工期：省去泥浆系统，钻孔速度快，直观目测、验收速度快，混凝土灌注速度也很快，能够保证质量前提下省去了大量的繁琐工序，施工速度得到很大提升，实践得出节省工期30%。

（5）操作方便，降低操作工人的劳动强度。

附图说明

图1为本发明操作方法的工艺流程图。

具体实施方式

实施例1南水北调中线工程总干渠邯郸市段的青兰渡槽灌注桩施工，结合图1对本发明方法做具体说明：

（1）地质勘验及桩位点的确认：常规方法完成埋设护筒前的勘查工作并确认桩位点

桩穿过的地质覆盖层主要为人工填土、粘土岩、泥质粉砂岩、细砂、粉砂等多层结构。以粘土岩为主。粘土岩单层厚度一般5m～20m，泥质粉砂岩单层厚度0.5m～6.1m，粉细砂（局部中砂）层单层厚度1.1m～7.3m。

场区无地表水。场区位于邯郸市漏斗区，地下水埋深在50m以下，少量地下水属孔隙水，含水层为粉细砂层，地下水受大气降水补给，向下游潜流排泄。年内10～11月份为地下水高水位期，并持续到翌年3月，5～6月份为低水位期。

钻孔前施放桩位点，放样后四周设护桩并复测，误差控制在10mm以内。进一步确定是否有障碍物，监理验收合格后进行成孔施工。

（2）埋设护筒：

根据桩位点设置护筒，护筒的内径应大于钻头直径100mm，护筒位置应埋设正确稳定，护筒中心和桩位中心偏差不得大于50mm，倾斜度的偏差不大于1%，护筒与坑壁之间应用粘土填实。施工中，护筒的埋设采用旋挖钻机静压法来完成。首先正确就位钻机，使其机体垂直度、钻杆垂直度和桩位钢筋条三线合一，然后在钻杆顶部带好筒式钻头，再用吊车吊起护筒并正确就位，用旋挖钻杆将其垂直压入土体中。护筒埋设后再将桩位中心通过四个控制护桩引回，使护筒中心与桩位中心重合，并在护筒上用红油漆标识护桩方向线位置。护筒的埋设深度1.5m。护筒应高出地面20cm~30cm。

（3）钻机

钻机就位前由现场技术人员对原桩位进行复核，桩位偏差小于10mm，并用“+”字线定位，然后进行钻机就位。钻机就位要求：钻机保持平稳，不发生倾斜、位移，钻头对准孔位开启电机进行开孔。施工过程中经常检查，发现问题及时纠正。

成孔前必须检查钻头保径装置，钻头直径、钻头磨损情况，施工过程对钻头磨损超标的及时更换；根据土层情况正确选择钻斗底部切削齿的形状、规格和角度；根据护筒标高、桩顶设计标高及桩长，计算出桩底标高，钻孔开始时先将钻斗着地，显示器清零开始工作，每次进尺显示器要记录位置和孔深。

成孔前和每次提出钻斗时，应检查钻斗和钻杆连接销子、钻斗门连接销子以及钢丝绳的状况，并应清除钻斗上的渣土。钻斗倒出的土距桩孔口的最小距离应大于6m，钻渣采用装载机装自卸汽车及时运出工地，弃运到合适地点保证环保。

成孔过程中，按试桩施工确定的参数进行施工，设专职记录员记录成孔过程的各种参数，如加钻杆、钻进深度、地质特征、机械设备损坏、障碍物等情况。记录必须认真、及时、准确、清晰。

钻孔过程中根据地质情况控制进尺速度：由硬地层钻到软地层时，可适当加快钻进速度；当软地层变为硬地层时，要减速慢进；在易缩径的地层中，应适当增加扫孔次数，防止缩径；对硬塑层采用快转速钻进,以提高钻进效率；砂层则采用慢转速慢钻进。

钻进硬层，回次进尺深度太小，斗内钻渣太少时，可换用小直径筒形齿状钻斗，先钻一小孔，然后再用钻斗扩孔钻进，也可换用短螺旋钻进，然后再下钻斗捞渣，钻进速度，应根据土层情况、孔径、孔深、钻机负荷以及成孔质量等具体情况确定，在砂砾、砂卵、卵石地层中钻进时，为保护孔壁稳定，可事先向孔内投入适量粘土球，下入孔内的钻头，其底盘进渣口必须装闭合阀板，以防提钻时砂砾石从底部漏落孔内。

作业过程中及时填写钻进记录表，包括工作项目、钻进速度、深度、孔底标高。并按要求取样，与地址剖面图进行比较。达到设计深度后，核实地质情况，如有差别及时报告；测量孔径、孔壁、垂直度；孔深和沉渣检测，如没达到要求反复清孔直至达设计孔深。终孔后应清除护壁上的泥土和孔底残渣、积水，确认达到要求后，报请监理工程师进行隐蔽工程验收，验收合格后，立即清孔（旋挖钻不进尺清孔使孔内无虚土），孔底沉渣厚度不大于100mm。成孔后，应尽快进行钻机移位、终孔验收工作；从清孔停止至混凝土开始浇灌，应控制在1.5h~3h，一般不得超过4h。成孔后孔口四周必须设置护栏，护栏高度宜为0.8m。

（4）安置钢筋笼

钢筋连接采用剥肋直螺纹连接，为了保证接头套丝质量，钢筋采用剪切机下料，剥肋滚压直螺纹机加工丝头，使用螺纹环规进行检测，用力矩扳手拧紧。接头质量、性能符合Ⅰ级接头的性能要求，制作好的丝头要用钢筋保护帽进行保护，防止螺纹被碰伤或被污物污染。钢筋笼制作允许偏差：主筋间距±10mm，箍筋间距±20mm，直径±10mm，长度±100mm。主筋保护层50mm，用钢筋耳控制，允许偏差±20mm，要确保钢筋笼居于钻孔中间；沿钢筋笼每隔2m放置一组，每组设置4个，按90°均匀安放，既可避免笼体碰撞孔壁，又可保证混凝土保护层均匀及钢筋笼在桩体内的位置正确。钢筋笼存放、运输、吊装时，要谨防变形。由于钢筋笼太长，分两截制作，现场焊接连接。

钢筋笼制作应符合设计要求，钢筋笼存放场地应平整，钢筋笼应先进行隐蔽工程验收方能下放。钢筋笼起吊及运输过程中，应保证整体、平直起吊。钢筋笼扶直过程中使用两台吊车，笼子吊离地面后，利用重心偏移原理，通过起吊钢丝绳在吊车钩上的滑运并稍加人力控制，实现扶直，起吊转化为垂直起吊，以便入孔。用吊车吊放，入孔时应轻放慢放，入孔不得强行左右旋转，严禁高起猛落、碰撞和强压下放。钢筋笼安装完毕以后，必须立即固定；笼子到位（孔底）时要复核笼顶标高。

（5）灌注混凝土成桩

本实施例所采用的混凝土各组分的配比为：

桩基混凝土施工配合比

其中DH_3g为萘系高效减水剂，DH₉为引气剂，均由水利部河北省混凝土外加剂厂生产。

通过外加剂（减水剂、引气剂）、胶结材料（水泥和矿物掺合料）和粗细骨料（中沙和碎石）的选择与搭配和精心的配合比设计，将混凝土的屈服应力减小到足以被因自重产生的剪应力克服，使混凝土流动性增大，同时又具有足够的塑性粘度，令骨料悬浮于水泥浆中，不出现离析和泌水问题，能够借助灌注桩导管埋深混凝土的压力达到自密实。根据施工要求确定合适的坍落度为12cm～18cm，设计强度指标C30和适配结果选择合适的水灰比为0.42（采用《建筑桩基技术规范》中水灰比的下限值），如果加大水灰比，增加用水量，虽然会增大流动度，但黏性降低。要保持混凝土的黏性和稳定性，只能依靠掺加高效减水剂来实现。

所以选择萘系高效减水剂，对水泥粒子产生强烈的分散作用，并阻止分散粒子凝聚，高效减水剂的减水率应≥25%，并应具有一定的保塑功能。对高效减水剂的要求：①与水泥的相容性好；②减水率大；③缓凝、保塑。

掺加适量矿物掺合料（粉煤灰）能调节混凝土的流变性能，提高塑性粘度，同时提高拌合物中的浆固比，改善混凝土和易性，使混凝土匀质性得到改善，并减少粗细骨料颗粒之间的摩擦力，提高混凝土的通阻能力。

适当增加砂率和控制粗骨料粒径≤40mm，以减少遇到阻力时浆骨分离的可能，增加拌合物的抗离析稳定性。

最后确定的施工配合比经过试配，浇筑前后均不离析、不泌水，粗细骨料均匀分布。

混凝土配好后，采用导管法进行无水混凝土灌注。

（4）混凝土灌注采用导管法。导管的直径、规格要与孔径适应，一般采用卡口式接头，直径300mm，壁厚10mm的导管，每节管长2m。导管在吊入孔内时，其位置要居中、轴线顺直，稳步沉放，防止卡挂钢筋骨架和碰撞孔壁。

采用HZ50型拌合站拌和，9m³混凝土搅拌运输车运输混凝土至现场，直接倒入导管内灌注。灌注混凝土前，要对孔内进行二次清孔，确保孔内无积水。

混凝土灌注上升快到桩顶时，改用吊斗倾倒以提高漏斗高度。

灌注首批混凝土时，导管下口至孔底的距离控制在25cm～40cm，且使导管埋入混凝土的深度不小于1m。剪球灌注开始后，要连续的进行，并尽可能的缩短拆除导管的间隔时间，一般不超过2.5小时；灌注过程中要经常用测深锤探测孔内混凝土面的位置，及时调整导管的埋深，导管的埋深控制在3m～6m。混凝土接近桩顶时，提高漏斗高度，保证漏斗距离设计桩顶高程不小于4m，吊斗倾倒混凝土，以保证混凝土的自密实。为确保桩顶质量，桩顶加灌0.5m～1m高度。

灌注桩成桩后，检测成桩质量。

1、超声波检测：

超声波检测依照中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）中有关规定执行。

现场检测步骤如下：

（1）将发射与接收声波转化器通过深度标志分别置于两根声测管中的测点处。

（2）发射与接收声波换能器应以相同标高或保持固定高差同步升降，测点间距不宜大于250mm。

（3）实时显示和记录接收信号的时程曲线，读取声时、首波峰值和周期值，宜同时显示频谱曲线及主频值。

（4）将多根声测管以两根为一个检测剖面进行全组合，分别对所有检测剖面完成检测。

（5）在桩身质量可疑的测点周围，应采用加密测点，或采用斜测、扇形扫测进行复测，进一步确定桩身缺陷的位置和范围。

（6）在同一根桩的各检测剖面的检测过程中，声波发射电压和仪器设置参数应保持不变。

检测结果见表1。

完成检测后，综合分析各参数，未发现明显的不良缺陷，桩身完整性均合格。

其中桩身完整性分指标的判断见表2。

2、高应变检测

高应变检测采用CASE法，试验依照中华人民共和国行业标准《建筑基桩检测技术规范》（JGJ106-2003）中有关规定执行。

检测时将2支加速度传感器和2支应变力传感器分别对称安装在桩侧表面（距桩顶2倍桩径左右），用重锤自由下落激发桩顶，传感器采集接收桩身在瞬时冲击下产生的轴向应变、桩侧与桩端土阻力效应及桩身运动速度信号等。

所检测各桩的桩顶均高于设计标高，传感器安装在距桩顶下2.0米左右处，锤重12000千克，落距0.8米左右，采用CASE法计算承载力的J _c 值系数根据地质勘查资料取0.30。

CASE法是以行波理论为基础，视桩为一维弹性杆件，在桩顶施加垂向瞬时冲击力，使桩身向下位移，激发侧桩与桩端土阻力，通过分析简化去除土的动阻力成份，求得桩的静承载力。CASE法分析计算公式如下：

式中：

R _c ——由CASE法判定的单桩竖向抗压比得承载力（kN）；

J _c ——CASE法阻尼系数；

t ₁——速度第一峰对应的时刻（ms）；

F(t ₁)——t ₁时刻的锤击力（kN）；

V(t ₁)——t ₁时刻的质点运动速度（m/s）；

Z——桩身截面力学阻抗（kN·s/m）；

注：测点桩长指高应变检测时，传感器安装位置以下的桩长。

检测结果见表3。

表3

所检测各桩的单桩承载力均不小于设计单桩竖向极限承载力值。

Claims (3)

1.一种干作业钻孔无水法灌注混凝土的灌注桩施工方法，其特征在于其采用旋挖钻干作业法实施钻孔和清孔，采用无水法灌注混凝土，

具体包括下述步骤：

步骤一：地质勘验及桩位点的确认：常规方法完成钻孔施工前的勘查工作并确认桩位点；

步骤二：埋设护筒：采用旋挖钻机静压法完成护筒埋设，护筒的内径至少比旋挖钻机的钻头直径大100mm，护筒与坑壁之间填实，并且护筒的埋设深度为1m~2m，护筒的顶端应高出地面20cm~30cm；

步骤三：钻孔：常规旋挖钻方法干作业钻孔工作；

步骤四：清孔：采用旋挖钻的常规清孔方法进行清孔；

步骤五：安置钢筋笼：常规方法完成钢筋笼的吊装安置工作；

步骤六：灌注混凝土成桩；

所述混凝土的坍落度为12cm～18cm，水灰比为0.40~0.45；

灌注首批混凝土时，使导管下口至孔底的距离为25cm～40cm，且使导管埋入混凝土的深度不小于1m；

开始灌注混凝土后，控制拆除导管的间隔时间不超过2.5小时；

灌注混凝土过程中，控制导管的埋深不小于3m；

灌注混凝土接近桩顶时，提高漏斗高度，保证漏斗距离设计桩顶高程不小于4m；

所述干作业钻孔灌注桩施工地质条件满足挖桩深度范围内无地下水、流沙或软弱地层或只有少量地下水，可以在步骤六之前进行二次清孔时抽出；

步骤六中所述混凝土中还包括萘系高效减水剂、引气剂和矿物掺合料，使配置好的混凝土具有良好的和易性。

2.根据权利要求1所述的一种干作业钻孔无水法灌注混凝土的灌注桩施工方法，其特征在于所述矿物掺合料选用矿粉或粉煤灰。

3.根据权利要求1或2所述的一种干作业钻孔无水法灌注混凝土的灌注桩施工方法，其特征在于步骤六中灌注混凝土过程中，控制导管的埋深为3m~6m。